特長隧道耐久性混凝土配合比設計及施工控制

姚保新

(中鐵十一局五公司 中南通道項目部，重慶 400000)

特長隧道耐久性混凝土配合比設計及施工控制

姚保新

(中鐵十一局五公司 中南通道項目部，重慶 400000)

南呂梁山特長隧道施工中斷面小、物料運輸難度大、泵送管道長、通風差，每節襯砌混凝土均為大體積混凝土，養護困難，對襯砌混凝土耐久性要求高。在分析各種原材料性能的基礎上，對威頓、吉港、冀東3種水泥進行耐久性混凝土配制試驗，比選結果表明采用威頓P．O42.5水泥配制的混凝土性能較優，并從拌合、運輸、澆筑、養護、脫模5個工序闡述了耐久性混凝土的質量控制要點。

南呂梁山特長隧道 粉煤灰 耐久性混凝土 配合比

1 工程概況

山西中南部鐵路通道為國內首條重載鐵路，是國家“十一五”重點工程與大能力運煤通道建設項目。南呂梁山特長隧道位于山西省臨汾市境內，為全線第一長隧、一級風險隧道、全線三大重難點控制性工程，號稱集煤窯采空區、突泥涌水、高瓦斯、大斷層于一體的“地質博物館”。設計為雙洞單線隧道，線間距為30 m。施工現場斷面小、物料運輸難、泵送管道長、通風差、養護難、突發事件多。

隧道襯砌耐久性混凝土設計強度等級為 C25，C30，C35，根據施工節段的劃分，每節襯砌混凝土均為大體積混凝土，特別是洞口處和風機段處配筋很密。這就要求混凝土必須具有高施工性能、高力學性能和高耐久性能。為了配制符合要求的混凝土，選擇3個品牌的P．O42.5水泥進行了耐久性混凝土的配制試驗，進行相應的對比，達到優中選優的目的。

2 南呂梁山特長隧道襯砌耐久性混凝土配合比設計

2.1 配合比設計準則

隧道襯砌耐久性混凝土配合比設計主要以《鐵路隧道工程施工質量驗收標準》(TB 10417—2003)、《鐵路混凝土施工質量驗收標準》(TB 10424—2010)、《鐵路混凝土施工技術指南》(鐵建設［2010］241號)、設計圖紙等為指導規范。嚴格遵守規范和圖紙中相應條款的規定，按照《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ 55—2011)的設計步驟和要求，經過多次試驗選配，力求兼顧耐久性、可施工性和經濟性。

2.2 試驗用原材料

1)水泥

對威頓、吉港、冀東3家水泥生產廠家生產的P．O 42.5號水泥分別取樣進行試驗，檢測結果如表1所示。

表1 水泥檢測結果

由表1可見，3種水泥的細度和水化熱水平相當，均能滿足配制耐久性混凝土的要求。

2)砂

砂采用山西堤村砂廠生產的河砂，其性能檢測結果如表2所示。該砂屬中砂，為非活性集料。

3)碎石

碎石采用本地福星石廠生產的石灰巖碎石，其性能檢測結果如表3所示。

該碎石符合5.0～31.5 mm連續級配，為非活性骨料。

表2 砂的性能檢測結果

4)粉煤灰

粉煤灰采用山西霍州電廠生產的F類Ⅰ級粉煤灰(兆電牌)，其性能檢測結果如表4所示。

表4 粉煤灰的性能檢測結果 %

5)外加劑

外加劑選用山西康特爾精細化工有限公司生產的KTPCA高性能減水劑，其性能指標如表5所示。

表5 外加劑的性能指標

2.3 試驗結果與分析

對3個品牌的P．O42.5水泥進行耐久性混凝土配制試驗，結果如表6～表8所示。

表6 威頓水泥配合比試驗結果

表7 吉港水泥配合比試驗結果

表8 冀東水泥配合比試驗結果

由表6～表8可見:

1)摻加粉煤灰會使混凝土的早期強度增長緩慢，因此對于早期強度有要求的預應力混凝土可減少粉煤灰摻量，對于使用硅酸鹽水泥的混凝土粉煤灰摻量不宜大于10%。

2)摻加粉煤灰后，混凝土的強度增長期變長，28 d后強度仍有較大增長。在合理的摻量范圍內，摻粉煤灰的混凝土56 d強度要大于空白組。對于C40以下使用普通硅酸鹽水泥的混凝土，粉煤灰摻量控制在25%之內，其配制強度均能達到試配強度的要求(試配強度按規范要求不低于強度等級的1.15倍)。

3)坍落度和擴展度試驗結果顯示，混凝土和易性隨著粉煤灰摻量的增加而變好。在粉煤灰摻量占膠凝材料總量25%的條件下，混凝土的和易性均很好，有利于混凝土的泵送和振搗。對比而言，表8中混凝土的和易性稍差，說明外加劑與水泥的適應性較差，可通過增加用水量和外加劑用量的方法加以解決。

4)通過倒坍落度桶法測混凝土流下時間用以判斷混凝土的黏滯性。從試驗結果看，在合理的摻量范圍內，隨著粉煤灰摻量的增加其流下時間變長，說明混凝土的黏滯性越好，混凝土的均勻性越好;要想保持良好的可泵性，流下時間控制在10～40 s范圍內比較合適。

3 南呂梁山特長隧道襯砌混凝土耐久性分析

由上節可知，威頓水泥和吉港水泥的性能優于冀東水泥。本著經濟節約、就地取材的原則，最終決定選用威頓P．O42.5水泥作為供應水泥，并對混凝土的耐久性進行了相應的試驗研究。結果表明:適量摻加優質粉煤灰可以減少混凝土的干縮。摻加20%粉煤灰的混凝土28 d干縮率比空白混凝土減少27%。混凝土的抗滲性隨粉煤灰摻量的增加而提高，摻加25%粉煤灰的混凝土，在相同抗滲壓力下其滲水高度只有空白混凝土的51%。粉煤灰摻量在30%以內時混凝土具有較好的抗凍性，混凝土的碳化深度均不大，28 d的碳化深度不大于6 mm，56 d不大于7 mm(標準條件下碳化28 d相當于大氣條件下碳化50年)，對鋼筋能起到較好的保護作用。摻加30%的粉煤灰可有效地抑制堿骨料反應，粉煤灰摻量越大對抑制堿骨料反應的效果越明顯。

4 南呂梁山特長隧道襯砌耐久性混凝土施工控制要點

南呂梁山特長隧道斷面窄、暗險多、物流運輸難，要想保證襯砌耐久性混凝土施工，必須從源頭抓起，重視各個工序，節節把關。

1)混凝土拌合控制要點

①混凝土拌合必須保證計量器具的精度，嚴格按照試驗室所出具的施工配料單進行計量生產;②混凝土生產要嚴格遵守投料順序，充分攪拌至均勻。

2)混凝土運輸控制要點

①罐車投入使用前，應認真檢查罐車內是否存留有積水，是否留有其他強度等級混凝土。②在運輸混凝土過程中，宜以3～4 r/min的轉速攪動。當攪拌運輸車到達澆筑現場時，應高速旋轉30～40 s后再將混凝土拌合物喂入泵車受料斗或混凝土攪拌斗中。③混凝土運輸過程中，嚴禁私自加水。④泵送混凝土前，應先用水泥漿或用同水灰比的水泥砂漿通過管道，使管壁潤滑。泵送混凝土時，泵的受料斗內應時刻保持有足夠的混凝土，避免吸入空氣，造成阻塞。⑤嚴禁隨意向輸送泵受料斗加水，嚴禁將質量不符合泵送要求的混凝土入泵。

3)混凝土澆筑控制要點

①混凝土應分層澆筑，每層厚度不宜大于50 cm。②混凝土澆筑時的自由傾落高度不應超過2 m，從下部模板預留的一道窗開始逐層上升澆筑。混凝土澆筑過程中兩側混凝土澆筑面高差宜控制在50 cm以內，同時應合理控制混凝土澆筑速度不能過快。③混凝土應分層振搗，不得隨意留置施工縫。在新澆筑完成的下層混凝土上再進行澆筑作業時，應在下層混凝土初凝前澆筑完成上層混凝土。在傾斜面上澆筑混凝土時，應從低處開始澆筑，保持水平分層擴展升高。搗固宜采用插入式振搗棒。澆筑層厚度不得超過振搗器作用長度的1.25倍。插入式振搗棒的移動間距要控制在振搗棒作用半徑的1.5倍以內，且插入下層混凝土內的深度宜為5～10 cm，每一次振搗延續時間宜為15～25 s，以混凝土不再沉落，表層不出現氣泡為度。振搗時不得碰撞模板、鋼筋和預埋部件。④封頂混凝土澆筑應從離堵頭板遠的一側開始，由遠至近澆筑，設專人察看混凝土澆筑情況，拱頂部混凝土配比要有所調整，宜采用細石流態混凝土澆筑。⑤混凝土泵送的坍落度不宜過大，以避免離析或泌水。如發現坍落度不足，不得擅自加水，應采用加適量減水劑的方法解決。

4)混凝土養護控制要點

襯砌耐久性混凝土養護宜采用噴淋灑水進行保濕、潮濕養護。灑水次數應以混凝土表面保持濕潤且不留有積水為度，養護用水應符合混凝土拌合用水的標準。

5)混凝土脫模控制要點

按施工規范采用最后一盤封頂混凝土制作試件，經試驗試件強度達到8 kPa以上時方可脫模。

5 應用效果

采用表6中的HP-C35-1配合比配制C35混凝土，粉煤灰摻量為膠凝材料總量的25%，用于隧道襯砌耐久性混凝土的施工。對已完工工程取2 419組試件進行統計，28 d強度平均值為39.6 MPa，最大值為44.6 MPa，最小值為37.8 MPa，均方差為2.11，偏差系數Cv為3.0%，說明混凝土的強度和和易性較好。混凝土的出機坍落度宜控制在180～220 mm之內，坍落度經時損失很小，泵送十分順利，易于振搗，大大減輕了工人的勞動強度，提高了施工效率。

6 結語

原材料對耐久性混凝土的強度和施工性能具有非常大的影響，特別是外加劑的減水率、水泥的強度和安定性、粉煤灰的細度、砂石料的含泥量等指標對混凝土性能的影響比較大，原材料質量的控制程度直接決定著配合比設計的成敗。所以，原材料除按規范要求進行檢測外，還應加大對外加劑的減水率、水泥的強度和安定性、砂石料的含泥量等指標的檢測頻率。對外加劑，每進一批必須在應用前7 d運到現場，用施工配比驗證外加劑的性能和混凝土試件7 d強度，合格后方可應用。對水泥，要求3 d強度和安定性合格后才可應用。砂石料必須嚴格檢驗，對于達不到標準要求的原材料堅決不能應用于工程。只有這樣才能有效保證混凝土的最終強度、施工性能和勻質性。

南呂梁山特長隧道施工具有斷面小、物料運輸難、泵送管道長、通風差、養護難、突發事件多等特點，應該以優化混凝土配合比設計為基礎，把控好原材料質量，加強過程控制，只有這樣才能保證隧道襯砌耐久性混凝土配合比設計和施工質量。

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U455．4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2014．01．35

1003-1995(2014)01-0121-04

2013-05-06;

2013-10-25

姚保新(1984— )，男，重慶市人，工程師。

(責任審編 葛全紅)